载波跟踪环解调器的设计应用

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:574

0 引言

测控通信系统中经常会使用调相机制，即在发射载波相位中携带信息并传送出去，同时在接收系统接收的载波相位中解调出信息，以达到测控通信的目的。

载波无论是无线电中的哪一个频段，目前总是把高频信号变频到一个低频信号进行解调。通常解调频率都在几兆赫兹至几百兆赫兹的范围内。笔者在进行某工程设计时，需要在70 mhz调相载频上解调出2～100 khz的bpsk、ask或fsk信号，以用于比对原始码，其调制度为0.2～1.5。设计时虽然也曾用鉴频器加积分的解调方式实现了信号的解调，但由于调制指数小，调制频率低，使得调制频偏小，鉴频灵敏度有限，而且由于视放增益很高，因而其噪声很大，比对效果不好。因此，研究载波跟踪环解调器就具有一定的实际意义。

1 载波跟踪环解调器原理

图1是一个基本锁相环路的方框图。该环路包含一个鉴相器，一个低通滤波器和一个压控振荡器。实际上，可以把鉴相器看成一个具有两个输入信号e1(t)和e2(t)的理想乘法器，其输出量为kme1e2，其中km是一个常数。假设输入信号是：

压控振荡器的输出信号是：

则鉴相器的输出(其二倍频率项由于被环路滤波器抑制而可以忽略)则为：

由于环路锁定后，θi-θo很小，固有：

这样，鉴相器的输出就可以近似为：

若环路输入信号是一个调相信号，则有：

式中△φcosωt是调相信号的相移量，θi是初始相位。

令

如果把环路带宽ωl取得很窄，即ωl<<ωmin。ωmin是调制信号的最低角频率。则调制分量被抑制。此时vco的输出信号为：

这样，则有：

比较式(2)与式(1)，可以看出，调相后的环路鉴相器输出vd比未调制时多出了一项，而kd△φcosωt正是要解调出的调制信号。

实际上，上述分析结果都是在鉴相器两信号相位差很小时得出的，所以，这种调相解调环适用于1弧度以下的调制，调制度大于1弧度后。其鉴相器输出的解调信号将会产生一些失真。

载波跟踪环解调器的主要特点是解调门限低，但制作复杂，可靠性稍低。

2 载波跟踪环解调器的设计

图2是载波跟踪环解调器框图。该环路鉴相器采用了mc12040高速ecl数字鉴相器，所以，两输入正弦信号须转换为ecl电平。此环实际上是二阶锁相环。

2.1 主要参数的确定

由于最低调制频率是2 khz，所以，环路带宽bl<2 khz。一般取ωl≤400 hz，不宜取得太窄，否则锁定速度将变得很慢。

确定环路自然谐振频率ωn时；可取阻尼系数则：则

对于vcxo参数，由于本锁相环所跟踪的频率非常稳定，其准确度稳定度都在10-8以下。所以，其开环频差主要取决于vcxo的温漂和老化。一般在采用泛音晶振温补后，在0～40℃范围内可达到1×10-6，年老化率一般为2×10-6(玻璃壳)。按10年不调整计算，vcxo的漂移为：f=70×106×10-6+70×106×5×10-6×10=4khz，因此，vcxo的压控范围为±2khz，控制电压范围为4～8 v，vcxo的斜率为1 000 hz／v。

2.2 鉴相器的设计

本设计中的鉴相器选用mc12040 ecl高速数字器件，其最高工作频率为80 mhz。器件逻辑如图3所示。mc12040是专为相位比较器而设计的逻辑电路。它能够比较两组数字信号之间的相位"超前"和"滞后"的关系。输出为两波形上升沿之间的时间差的正负脉冲。因为每个周期只有一个上升沿，所以，该鉴相器有±2π弧度的范围。图4是其时序图。